Random oligo generator - scrambled DNA sequence

핵산 실험이나 디자인을 하다 보면 무작위 올리고 시퀀스가 필요할 때가 있습니다.
다른 목적으로 만든 함수 몇개를 합쳐 GC염기 조성비율(30-90%)과 길이 (3-1000nt)의 값을 바꿔 랜덤 DNA squence 를 만들어 주는 간단한 웹기반 도구를 만들었습니다.
덧붙여 무작위로 생성된 염기배열의 GC content (%)와 녹는점 (Tm, °C)를 보여줍니다.
사용법은 매우 간단하므로 생략하겠습니다. 아래 그림이나 위의 링크를 클릭하시어 사용하시면 됩니다.

(미리보기 - 브라우져 마다 다를 수 있음)
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Posted by - k3mi5t
TAG DNA, oligo, random

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Origami DNA - Paper Model

Clip 2010.09.29 09:33 |
Double-stranded paper model of 10 basepairs of DNA.

How to make Origami DNA
1. Download PDF and print the file.
2. See instruction or video.
3. Fold it!

For people who can not open the video above due to copyrights:  Origami DNA - Paper Model (NO BGM)

When you connect a few models in serial, for example with staples or tapes, to build long strands, it looks like this....

Adapted from Yen, T., 1995, Make your own DNA. Trends in Biochemical Sciences, 20: 94.

See also a related link:
http://www.dnai.org/teacherguide/guide.html

Copyleft All Rights Opened, 2010 Minseok Kwak
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  1. BlogIcon 유쾌한삶 2012.07.05 11:48 신고 Address Modify/Delete Reply

    실제 DNA origami design하실 때, 종이를 접어서 하시나용? ㅋㅋ 궁금해서요~


노가다로 그리려니 죽을맛 -.-;
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building blocks of DNA

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Posted by - k3mi5t
TAG adenine, DNA, Sugar

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DNA nanostructure

Chemistry 2009.08.25 04:57 |

A number of research groups have reported variants of DNA nanostructure since N. Seeman and P. Rothemund established milestones on structural research of DNAs. For me papers with only beautiful structures are not interesting anymore. It is time to think a way to use the scaffolds.
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Posted by - k3mi5t

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This is single stranded DNA chemically synthesized by AKTA oligopilot 100plus (GE Healthcare).
After the solid phase synthesis with phosphoramidites, crude mixture was purified by HPLC and then desalted. Lyophilization of the solution resulted white ribbon-like phorous oligonucleotide shown in picture (the shown tube is blue capped 50ml falcon-tube). It is hard to obtain pure solid DNA with known sequence in visible amount by eyes.
사용자 삽입 이미지

사용자 삽입 이미지

Chromatogram of the oligonucleotide (affinity column)



순수한 DNA는 무슨 색일까? 시판하는 실험용 DNA는 순백색이다. 주로 연어의 정액이나 송아지의 분비기관에서 추출한 DNA를 쉽게 비교적 싼(?) 가격으로 얻을 수 있는데, 그 염기쌍(보통의 경우 이중나선구조, double-stranded)의 대략적인 숫자만 알 뿐이지 염기 배열(sequence)은 알지 못한다.
알고있는 정확한 sequence 의 DNA를 얻기 위해서는 화학적으로 합성하거나 분자생물학적 방법을 통해 E. coli. 등의 유전자(gene)를 알고 있는 박테리아에서 분리해 낼 수 있다.
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The persistence length of double stranded DNA (dsDNA) is ~ 50 nm equals 150 bp.
In ssDNA case, it is only 1.5~3 nm.

Persistence length (P): A lengthscale for polymer stiffness. The distance over which the direction of a polymer segment persists, in the time or ensemble average, owing to limited flexibility of the polymer. For DNA the persistence length is ~50 nm, i.e., ~150 bp. Chains Ł P in length require a lot of work (free energy) to bend much, yet in nucleosomes roughly one persistence length of DNA is bent in nearly two full turns.

Persistence length란 폴리머의 경직도를 나타내는 기준으로서 폴리머의 방향이 바뀌지않는 최대길이 를 의미. 쉽게 말해 dsDNA(이중겹 DNA)의 경우 150염기쌍 이하라면 경직되어 거의 곧은 구조로 생각하면 되고, ssDNA(단일겹-)일 때는 선형구조를 유지할 수 있는 길이가 고작 5~10 염기 밖에 되지 않는다는 뜻이다. 이 성질은 DNA를 센서등에 응용 가능하게 한다.

references: all over the webs and text books, 전기적 방식의 압타머 센서 2007 이정오
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TAG DNA

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Ted explains this topic.
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DNA 혹은 oligonucleotide(ODN)의 정량/정성 분석에 대한 자세한 한글 기술 내용을 찾기가 힘들어 한번 정리해 봅니다.
본인이 3000bp 미만의 dsDNA 나 12mer 미만의 oligonucleotide를 주로 다루는 관계로 무지 큰 DNA나 RNA에 대한 언급은 참고 자료에 나온 정도로만 마치겠습니다.

[배경지식]

그림1. ODN의 흡광 스펙트럼 - Biochemistry, Lehninger (2005)

pyrimidine(피리미딘) 과 purine(퓨린)은 약한 염기성 화합물로서 base(염기) 라고 부릅니다. 위 그림은 pH7.0에서 UV에 의해 얻어지는 ODN의 흡광 스펙트럼입니다. 보시는 바와 같이 260nm 에서 아주 강한 흡광도를 가지는데, 이를 기초로 DNA혹은 RNA의 농도를 측정할 수 있는 것입니다. 순도는 DNA와 RNA의 흡광 스펙트럼에서 260nm에서의 흡광도가 280nm 의 약 2배 라는 사실에 의거하여 분석할 수 있습니다.

[실험방법]
1. 원하는 샘플을 큐벳(cuvett)이나 플레이트(96- or 384-well plate)에 알맞은 부피를 채워 UV/Vis spectrometer로 220-320nm 영역의 흡광도를 측정합니다 (Spectrum을 측정하지 못하는 기기의 경우 220, 260, 280nm 의 값을 각각 측정합니다). 이 때, 샘플을 희석하여 흡광도가 0.050~0.100의 값을 가지도록 합니다.
* 여기서 반드시 만국 공통인 빛의 통과거리가 1cm인 큐벳을 이용하거나 (Beer-Lambert Law) 플레이트 이용시에는 제조사의 기술문서를 참고하여 적당한 부피를 가지고 실험합니다.

[계산]

1. concentration 농도
희석된 배율 * OD(at 260nm) =  final OD
위에서 얻은 OD 값을 가지고 molecular extinction coefficient 를 통해 계산하거나, 편리하게 구성된 계산기 (ODN의 경우 http://www.unc.edu/~cail/biotool/oligo/index.html )의 도움으로 농도, 혹은 시료의 양을 계산합니다.

2. purity 순도
간단히 말하자면 OD260 / OD280의 비율(ratio)을 계산하여 그 값으로 시료의 순도를 분석할 수 있습니다.
알맞는 비율은 1.8-2.0 입니다.
만약 그 값이 1.8보다 작다면 protein 이나 carbohydrate 등의 물질이 섞여 있는것을 의미하며, 2.0보다 크다면 Chloroform 혹은 phenol 등의 유기물질이 섞여 있다고 할 수 있습니다. (그림 2.)

그림2. DNA 시료의 농도/순도 측정 - http://www.med.upenn.edu/dnaseq/services/temprep-instr.html



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자료 출처: 네이버 백과사전

자연에 존재하는 2종류의 핵산 중에서 디옥시리보오스를 가지고 있는 핵산. 유전자의 본체를 이루며 디옥시리보핵산이라고도 한다.

> 유전물질으로서의 DNA



왓슨-크릭모형으로 알려져 있는 이중나선 구조로 디옥시리보오스와 인산이 연결된 주된 사슬과 각 사슬의 A, G, T, C 4종의 염기가 상보적으로 결합하고 있다.

>DNA의 분자구조



DNA복제를 통해 자신과 똑같은 DNA를 만들어내고 이 DNA는 아미노산의 배열순서를 결정지어 개체의 유전형질을 나타낸다.

>DNA의 기능



DNA 이중나선의 한 쪽 사슬을 주형으로 상보적인 염기서열의 새 사슬을 만들어 다시 이중나선의 구조를 형성하는 것

>DNA의 복제



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Posted by - k3mi5t
TAG biology, DNA

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Electrophoresis

Biology 2006.09.17 14:54 |


Agarose gel electrophoresis is a method used in molecular biology to separate DNA strands by size, and to estimate the size of the separated strands by comparison to known fragments (DNA ladder). This is achieved by pulling negatively charged DNA molecules through an agarose matrix with an electric field. Shorter molecules move faster than longer ones.

Agarose Gel Electophoresis (Korean)

I

0.25% bromophenol blue
0.25% xylene cyanol FF
40%(w/v) sucrose in water

II

0.25% bromophenol blue
0.25% xylene cyanol FF
15% Ficoll(Type 400) in water

III

0.25% bromophenol blue
0.25% xylene cyanol FF
30% glycerol in water

IV

0.25% bromophenol blue
40%(w/v) sucrose in water

4. 용액을 60°C까지 식힌다. 필요하면 ethidium bromide를 최종농도 0.5 μg/ml이 되도록 가하고 잘 혼합한다.

* Ethidium bromide(EtBr)은 DNA 염기 사이로 끼어드는 평면구조를 가진 그룹을 지니고 있어서 이 그룹이 DNA 염기에 결합하면 유리형의 ethidium bromide보다 형광이 증가된다. 파장 254 nm에서의 자외선은 DNA에 흡수되어 이 색소에 전달되고 파장이 302 nm와 366 nm에서는 색소 자체에 자외선이 흡수되어 590 nm의 주황색 형광 가시광선을 내게 된다. Ethidium bromide는 한가닥과 쌍가닥 DNA및 RNA 검색에 모두 사용할 수 있으나 염료의 친화성이 외가닥에서보다 쌍가닥에서 더 강하다.

* Ethidium bromide 원액은 증류수에 10 mg/ml로 녹아 있는 용액으로, 이 용액의 보관은 빛이 차단된 용기에 담아서 실온에 보관한다. 이 원액을 0.5 μg/μl로 희석해 두고 이를 gel에 혼합한다.

* 주의: Ethidium bromide는 강력한 발암물질이고 독성을 지니므로 이 염색액을 다룰 때에는 반드시 비닐장갑을 사용한다. 사용 후에 이 용액은 정화한 후 버려야 한다.

5. Comb을 agarose를 모두 부었을 때 주형의 밑바닥으로부터 0.5∼1.0 mm정도 떨어져서 위치하여 홈을 형성할 수 있도록 고정시킨다.

6. 따뜻한 agarose 용액을 주형에 붇는다. Gel은 3∼5 mm 두께가 되도록 하고 기포가 생기지 않도록 주의한다.

7. 실온에서 20∼30분 두어 gel이 완전히 굳은 후 comb과 테이프를 조심스럽게 제거한 다음 gel을 전기영동 tank안에 설치한다.

* 0.5% 이하인 낮은 농도를 가진, 낮은 온도에서 녹는 agarose로 제조한 gel은 4°C 이하에서 굳힌 다음 냉장실에서 전기영동해야 한다.

8. Gel을 1 mm 정도의 두께로 덮을 수 있을 정도로 충분한 양의 전기영동 완충용액(1x TAE)을 가한다.

9. DNA 시료를 전기영동용 loading 완충용액과 혼합한 후 pipette을 이용하여 잠겨있는 gel의 홈에 혼합액을 조심스럽게 가한다.

* 전기영동용 loading 완충용액은 보통 6x로 제조하여 사용한다. 여러가지 종류가 있는데 우리 실험실에서는 type II (0.25% bromophenol blue, 0.25% xylene cyanol FF, 15% Ficoll[type 400, Pharmacia]을 증류수에 녹인 것. Ficoll이 잘 안녹으므로 50°C에 약 1시간 두어 녹인다)를 쓴다. 만약 DNA 용액이 20 μl이면 6x 용액을 4 μl 첨가하면 된다.

* 전기영동할 수 있는 DNA의 최고량은 DNA의 크기나 조각의 수에 따라 달라지며, ethidium bromide로 염색하여 사진상으로 판독할 수 있는 최소량은 0.5 cm 넓이(일반적으로 사용되는 넓이)의 홈 하나당 2 ng 정도라고 한다. 0.5 cm 넓이의 홈에 DNA가 500 ng이상 존재하면 DNA 양이 너무 많아서 DNA 띠가 끌려 선명치 않게 나타나며, 이 현상은 DNA 크기가 클수록 심해진다. 보통 DNA 분자는 0.5 cm 홈 하나당 100∼200 ng이면 분석 가능하다. 시료가 여러가지 다른 크기로 된 많은 DNA 조각들로 구성되어 있을 때(예: genomic DNA를 제한 효소로 절단할 때) 홈당 20∼30 μl의 DNA를 가하여 분석할 수 있다.

* 한 홈에 가할 수 있는 최대부피는 홈의 3차원적 크기에 따라 결정된다. 예를 들면 일반적으로 사용되는 0.5 cm x 0.5 cm x 0.15 cm의 홈에는 37.5 μl를 가할 수 있다. 그러나, 옆의 홈에 가한 시료와 혼합되는 것을 막기 위하여 gel을 좀 더 두껍게 제조하거나 DNA를 에탄올로 침전시켜 DNA 부피를 줄여서 가하는 것이 좋다.

* 시판되는 알려진 크기의 표준 DNA를 크기 표식자를 같이 전기영동하여 모르는 DNA의 크기를 측정할 수 있다. 크기의 비교가 가능한 것은 linear DNA임을 주의한다. 주로 많이 사용되는 표식자에는 1 kb ladder, 123 bp ladder, λ Hind III ladder(전기영동 패턴 보기) 등이 있다.

10. Gel tank의 뚜껑을 닫고 DNA가 양극 쪽으로 이동해갈 수 있도록 양극에 빨간 도선을, 음극에 검정 도선을 연결하고, 전극간의 거리 1 cm당 1∼5 V의 전압을 가한다.

* 전기영동을 시작하면 전기분해에 의하여 양극과 음극에서 기포가 발생하고 시약에 섞인 염료가 홈으로부터 이동해가는 것이 보인다. Bromophenol blue와 xylene cyanol FF가 적당한 거리만큼 이동해갈 때까지 전기영동을 시행한다.

* 전기영동하는 동안 ethidium bromide는 음극 쪽으로(DNA와 반대 방향으로) 이동해 가므로 오랫동안 전기영동을 하면 ethidium bromide는 gel에서 모두 빠지게 되어 작은 DNA 조각을 감지하기가 어렵게 된다. 이렇게 되는 경우에는 gel을 ethidium bromide가 0.5 μg/ml 포함된 증류수나 1x TAE 용액에 30∼45분간 담가 염색하였다가 관찰하면 된다.

* Gel에 ethidium bromide가 함유되어 있으면 전기영동하는 동안 어느 시기에나 자외선하에서 관찰이 가능하다. 그러나, gel에 ethidium bromide를 함유시키지 않고 전기영동한 후 gel을 ethidium bromide가 0.5 μg/ml 포함된 용액에 30~45분간 더 염색하였다가 관찰하는 것이 더 선명한 DNA 띠를 관찰할 수 있다는 이유로 후자를 선호하는 실험자들도 있다. 이 때 탈색 과정은 보통 필요치 않으나, 10 ng 이하의 적은 양의 DNA를 검출할 때에는 결합하지 않은 ethidium bromide가 gel에 묻어 있으면 바탕이 흐려 보이므로 증류수나 1mM MgSO4에 담가 실온에서 20분간 탈색하면 DNA를 더 선명하게 관찰할 수 있다.

11. 전기영동이 끝나면 전기를 끄고 도선을 제거한 후 gel tank의 뚜껑을 연 다음 gel을 자외선하에서 관찰하고 촬영한다.

자료 출처: http://biochemistry.yonsei.ac.kr/biochem_workshop/protocol.php

위 설명의 사진은 연세대학교 생화학교실에서 가져왔으나, 위험한 시약들을 장갑을 끼지 않고 다루고 있어 보는 사람의 마음을 불편하게 만든다.

WIKI: http://en.wikipedia.org/wiki/Agarose_gel_electrophoresis



내가 electrophoresis에 사용하는 DNA Ladder Mix
  • Three reference bands: 3000, 1000 and 500 bp.
  • Bands composed of equalized amounts of DNA for easier quantification.
  • 1031 bp fragment replaced by 1000 bp.





http://www.fermentas.com/catalog/electrophoresis/generulers.htm

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Posted by - k3mi5t
TAG agarose, DNA, electrophoresis, molecular biology, page

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